DE112015006166T5 - Optical computing devices comprising selective broadband angle filters - Google Patents
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Abstract
Optische Rechenvorrichtungen, einschließend eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einen optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach einer Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Optical computing devices including an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into an optical path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after a sample located in the optical path to generate modified electromagnetic radiation in the optical path; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.
Description
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART
Die hierin enthaltenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Systeme und Verfahren des optischen Rechnens und konkreter optische Rechenvorrichtungen, umfassend selektive Breitbandwinkelfilter.The embodiments included herein generally relate to systems and methods of optical computing and concretely optical computing devices comprising selective broadband angle filters.
Optische Rechenvorrichtungen, die gemeinhin auch als optisch-analytische Vorrichtungen bezeichnet werden, können eine verbesserte Empfindlichkeit und verbesserte Detektionsgrenzen bereitstellen, wenn integrierte Rechenelemente verwendet werden. Derartige integrierte Rechenelemente können ein relativ kostengünstiges, robustes und genaues System zum Überwachen der Erdölqualität zum Zwecke der Optimierung der Entscheidungsfindung an einer Bohrlokation und zur effizienten Verwaltung der Kohlenwasserstoffproduktion bereitstellen. Bei einigen Anwendungen können die integrierten Rechenelemente beim Verbessern von Detektionsgrenzen, wenn ein bestimmtes Charakteristikum einer Probe, wie etwa einer Substanz, einer Verbindung oder eines Materials, bestimmt wird, die in einem Bohrloch vorliegt oder in anderen Technologiebereichen nützlich sein, einschließend unter anderem die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, industrielle Anwendungen, den Bergbau oder einen beliebigen Bereich, in dem es vorteilhaft sein kann, in Echtzeit ein Charakteristikum einer Substanz, einer Verbindung oder eines Materials zu bestimmen.Optical computing devices, commonly referred to as optical-analytical devices, can provide improved sensitivity and detection limits when using integrated computing elements. Such integrated computing elements may provide a relatively inexpensive, robust and accurate system for monitoring petroleum quality for the purpose of optimizing decision-making at a well location and efficiently managing hydrocarbon production. In some applications, the integrated computing elements may be used to improve detection limits when determining a particular characteristic of a sample, such as a substance, compound, or material, that is in a borehole, or useful in other areas of technology, including but not limited to foods and pharmaceutical, industrial, mining or any other area where it may be advantageous to determine in real time a characteristic of a substance, compound or material.
Streulichtreflexionen in optischen Rechenvorrichtungen können jedoch die Messung der Probe beeinträchtigen, wenn die Reflexionen nicht von der Probe an sich sondern von einer anderen Quelle stammen. Derartige Streulichtreflexionen können einen beträchtlichen Teil des gesamten Lichts (z. B. elektromagnetische Strahlung) ausmachen, das in der optischen Rechenvorrichtung detektiert wird. Wenn es nicht effektiv verringert oder auf andere Weise verhindert wird, kann durch das Streulicht das resultierende Probensignal geändert werden, woraus sich im Wesentlichen eine verringerte Genauigkeit, Präzision, Empfindlichkeit und Detektionsgrenze ergeben. Zum Beispiel schließen derartige Variationen unter anderem hohe Vorspannungen, die in einem Detektor beobachtet werden, eine geringere Auflösung bei räumlichen Bildern, Sättigungseffekte des Detektors, Kombinationen davon, oder dergleichen ein. Herkömmlicherweise werden derartige Streulichtreflexionen unter Verwendung von Abbildungslinsen, Antireflexbeschichtungen, physikalischen Blenden und dergleichen gesteuert oder minimiert. Jedoch werden durch derartige Methoden Streulichtreflexionen möglicherweise nicht ausreichend entfernt, woraus sich in Bezug auf die interessierende Probe verbesserte, jedoch immer noch nicht optimale Signale ergeben.However, stray light reflections in optical computing devices may affect the measurement of the sample if the reflections are not from the sample itself but from another source. Such stray light reflections can account for a significant portion of the total light (eg, electromagnetic radiation) detected in the optical computing device. If it is not effectively reduced or otherwise prevented, the scattered light can alter the resulting sample signal, resulting in substantially reduced accuracy, precision, sensitivity, and detection limit. For example, such variations include, among others, high biases observed in a detector, lower spatial image resolution, saturation effects of the detector, combinations thereof, or the like. Conventionally, such stray light reflections are controlled or minimized using imaging lenses, antireflective coatings, physical diaphragms, and the like. However, such methods may not sufficiently remove stray light reflections, resulting in improved, but still inferior, signals with respect to the sample of interest.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die folgenden Figuren sind zur Veranschaulichung bestimmter Aspekte der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschlossen und sollen nicht als ausschließliche Ausführungsformen angesehen werden. Der offenbarte Gegenstand ist zu beträchtlichen Modifikationen, Änderungen, Kombinationen und Äquivalenten hinsichtlich Form und Funktion in der Lage, wie für den Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung ersichtlich.The following figures are included to illustrate certain aspects of the embodiments described herein and are not to be considered as exclusive embodiments. The disclosed subject matter is capable of substantial modifications, changes, combinations and equivalents in form and function, as would be apparent to those skilled in the art having the benefit of this disclosure.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die hierin enthaltenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Systeme und Verfahren des optischen Rechnens und konkreter optische Rechenvorrichtungen, umfassend selektive Breitbandwinkelfilter.The embodiments included herein generally relate to systems and methods of optical computing and concretely optical computing devices comprising selective broadband angle filters.
Bei den hierin beschriebenen beispielhaften Systemen und Verfahren werden verschiedene Konfigurationen optischer Rechenvorrichtungen eingesetzt, die gemeinhin auch als „optisch-analytische Vorrichtungen“ bezeichnet werden, wobei selektive Breitbandwinkelfilter (BASF) für die schnelle Analyse eines Charakteristikums einer interessierenden Probe, wie etwa einer Probe in einem Flusspfad, einer statischen Probe, einer Probe auf einem Förderband und dergleichen, eingesetzt werden. Die offenbarten Systeme und Verfahren können zur Verwendung in der Öl- und Gasindustrie geeignet sein, da die beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen ein kostengünstiges, robustes und genaues Mittel zum Identifizieren von einem oder mehreren Charakteristika einer interessierenden Probe bereitstellen, um die Öl- und Gasproduktion und/oder die Sicherheit von Öl- und Gasbohrungen zu erleichtern. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen ein Charakteristikum einer Probe in einem Flusspfad, wie etwa einem Bohrloch, identifizieren. Derartige Charakteristika können eine Überwachung der Erdölqualität zum Zwecke der Entscheidungsfindung an einer Bohrlokation und zur effizienten Verwaltung der Kohlenwasserstoffproduktion ermöglichen. Bei einigen Anwendungen können die hierin offenbarten optischen Rechenvorrichtungen beim Verbessern von Detektionsgrenzen nützlich sein, wenn ein bestimmtes Charakteristikum einer Substanz, einer Verbindung oder eines Materials bestimmt wird, die bzw. das in einem Bohrloch vorliegt, indem Streulichtreflexionen verringert oder beseitigt werden. Es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen offenbarten Systeme und Verfahren gleichermaßen in anderen Technologiebereichen anwendbar sind, einschließend unter anderem die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, industrielle Anwendungen, den Bergbau oder einen beliebigen Bereich, in dem es vorteilhaft sein kann, in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit ein Charakteristikum einer interessierenden Probe, einschließend fließende Proben, zu bestimmen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „fließend bzw. Fließen“ auf eine Zirkulation oder Bewegung einer Fluidprobe in Bezug auf die hierin offenbarten optischen Rechenvorrichtungen. In the exemplary systems and methods described herein, various configurations of optical computing devices, commonly referred to as "optical analytical devices", are used, with selective broadband angle filters (BASF) for rapid analysis of a characteristic of a sample of interest, such as a sample in a Flow path, a static sample, a sample on a conveyor belt and the like, are used. The disclosed systems and methods may be suitable for use in the oil and gas industry, as the described optical computing devices provide a low cost, robust and accurate means for identifying one or more characteristics of a sample of interest to control oil and gas production and / or to facilitate the safety of oil and gas wells. For example, the optical computing devices described herein may identify a characteristic of a sample in a flow path, such as a wellbore. Such characteristics may enable monitoring of petroleum quality for the purpose of decision-making at a well location and for efficient management of hydrocarbon production. In some applications, the optical computing devices disclosed herein may be useful in improving detection limits when determining a particular characteristic of a substance, compound, or material present in a borehole by reducing or eliminating stray light reflections. It should be understood, however, that the various systems and methods disclosed are equally applicable in other fields of technology including, but not limited to, the food and pharmaceutical industries, industrial applications, mining, or any area in which it may be advantageous, in real time or near to Real time to determine a characteristic of a sample of interest, including flowing samples. As used herein, the term "flowing" refers to circulation or movement of a fluid sample with respect to the optical computing devices disclosed herein.
Nachfolgend werden eine oder mehrere veranschaulichende Ausführungsformen dargestellt, welche die hierin enthaltene Offenbarung einbinden. Der Klarheit halber werden nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung in dieser Anmeldung beschrieben oder gezeigt. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung einer tatsächlichen Ausführungsform, welche die vorliegende Offenbarung einbindet, zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa Übereinstimmung mit systembezogenen, geschäftsbezogenen, regierungsbezogenen und anderen Einschränkungen, die sich je nach Umsetzung und von Zeit zu Zeit ändern können. Obwohl die Bemühungen seitens eines Entwicklers komplex und zeitaufwändig sein können, stellen solche Bemühungen für den Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung gleichwohl ein Routineunterfangen dar.Hereinafter, one or more illustrative embodiments incorporating the disclosure contained herein are presented. For the sake of clarity, not all features of an actual implementation in this application are described or shown. It should be understood that in developing an actual embodiment incorporating the present disclosure, numerous implementation-specific decisions must be made to achieve the goals of the developer, such as compliance with systemic, business, governmental, and other constraints, as appropriate Implementation and change from time to time. Although efforts on the part of a developer may be complex and time consuming, such efforts will nevertheless be routine to one of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure.
Es ist anzumerken, dass der Begriff „etwa“ hierin zu Beginn einer numerischen Liste jede Zahl in der numerischen Liste modifiziert. In einigen numerischen Auflistungen von Bereichen können einige aufgelistete Untergrenzen über einigen aufgelisteten Obergrenzen liegen. Ein Fachmann wird erkennen, dass die ausgewählte Teilmenge die Auswahl einer Obergrenze erforderlich macht, die über der ausgewählten Untergrenze liegt. Sofern nicht anders angegeben, sind sämtliche Zahlen, die Mengen von Bestandteilen ausdrücken, in der vorliegenden Patentschrift und den entsprechenden Ansprüchen, derart aufzufassen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ modifiziert werden. Dementsprechend handelt es sich bei den numerischen Parametern, die in der folgenden Patentschrift und den beigefügten Patentansprüchen dargelegt sind, sofern nicht das Gegenteil angegeben ist, um Annäherungen, die je nach den erwünschten Eigenschaften, welche anhand der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erhalten werden sollen, variieren können. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der Lehre von gleichwertigen Ausgestaltungen auf den Umfang des Patentanspruchs einzuschränken, sollte jeder numerische Parameter zumindest angesichts der Anzahl gemeldeter signifikanter Stellen und durch Anwendung gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden.It should be noted that the term "about" herein modifies every number in the numerical list at the beginning of a numerical list. In some numerical listings of scopes, some listed lower limits may be above some listed upper limits. One skilled in the art will recognize that the selected subset requires selection of an upper limit that is above the selected lower limit. Unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities of components in the present specification and claims are to be understood to be modified in all instances by the term "about". Accordingly, the numerical parameters set forth in the following specification and appended claims are, unless stated otherwise, approximations that vary depending on the desired characteristics to be obtained from the exemplary embodiments described herein can. At least, and not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalent embodiments to the scope of the claim, each numerical parameter should be interpreted at least in light of the number of significant digits reported and the use of ordinary rounding techniques.
Obwohl Zusammensetzungen und Verfahren hierin als verschiedene Komponenten oder Schritte „umfassend“ beschrieben werden, können die Zusammensetzungen und Verfahren auch „im Wesentlichen bestehen aus“ den verschiedenen Komponenten und Schritten oder daraus „bestehen“. Wenn „umfassend“ in einem Patentanspruch verwendet wird, ist dieser Begriff offen.Although compositions and methods are described herein as comprising "various components or steps," the compositions and methods may also "consist essentially of" the various components and steps, or "consist" thereof. When "comprising" is used in a claim, this term is open.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Fluid“ auf eine beliebige Substanz, die dazu in der Lage ist, zu fließen, einschließend partikelförmige Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase, Aufschlämmungen, Emulsionen, Pulver, Schlämme, Glas, Kombinationen davon und dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein wässriges Fluid sein, einschließend Wasser oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein nicht wässriges Fluid sein, einschließend organische Verbindungen, konkreter Kohlenwasserstoffe, Öl, eine raffinierte Komponente von Öl, petrochemische Produkte und dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein Behandlungsfluid oder ein Formationsfluid sein. Fluide können verschiedene fließfähige Gemische von Feststoffen, Flüssigkeiten und/oder Gasen einschließen. Veranschaulichende Gase, die gemäß den vorliegenden Ausführungsformen als Fluide angesehen werden können, schließen zum Beispiel Luft, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Argon, Helium, Schwefelwasserstoff, Mercaptan, Thiophen, Methan, Ethan, Butan, und andere Kohlenwasserstoffgase und/oder dergleichen ein.As used herein, the term "fluid" refers to any substance capable of flowing, including particulate solids, liquids, gases, slurries, emulsions, powders, slurries, glass, combinations thereof, and the like. In some embodiments, the fluid may be an aqueous fluid, including water or the like. In some embodiments, the fluid may be a nonaqueous fluid, including organic compounds, specific hydrocarbons, oil, a refined component of oil, petrochemical products, and the like. In some embodiments, the fluid may be a treatment fluid or a formation fluid. Fluids may include various fluid mixtures of solids, liquids and / or gases. Illustrative gases that For example, according to the present embodiments, fluids may be considered to include air, nitrogen, carbon dioxide, argon, helium, hydrogen sulfide, mercaptan, thiophene, methane, ethane, butane, and other hydrocarbon gases and / or the like.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Charakteristikum“ auf eine chemische oder physikalische Eigenschaft einer Substanz. Ein Charakteristikum einer Substanz kann einen quantitativen Wert von einer oder mehreren darin enthaltenen chemischen Komponenten einschließen. Derartige chemische Komponenten können als „Analyte“ bezeichnet werden. Veranschaulichende Charakteristika einer Substanz, die mit den hierin offenbarten Rechenvorrichtungen überwacht werden können, schließen zum Beispiel die chemische Zusammensetzung (Identität und Konzentration, insgesamt oder für einzelne Komponenten), den Verunreinigungsgehalt, den pH-Wert, die Viskosität, die Dichte, die Ionenstärke, die Gesamtmenge an gelösten Feststoffen, den Salzgehalt, die Porosität, die Opazität, den Bakteriengehalt, Kombinationen davon und dergleichen ein.As used herein, the term "characteristic" refers to a chemical or physical property of a substance. A characteristic of a substance may include a quantitative value of one or more chemical components contained therein. Such chemical components may be referred to as "analytes". Illustrative characteristics of a substance that can be monitored with the computing devices disclosed herein include, for example, the chemical composition (identity and concentration, total or for individual components), contaminant level, pH, viscosity, density, ionic strength, the total amount of dissolved solids, salinity, porosity, opacity, bacterial content, combinations thereof and the like.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „elektromagnetische Strahlung“ auf Infrarotstrahlung, nahe Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, ultraviolettes Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und eine beliebige Kombination davon.As used herein, the term "electromagnetic radiation" refers to infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-radiation, gamma radiation, and any combination thereof.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „optische Rechenvorrichtung“ auf eine optische Vorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Eingang elektromagnetischer Strahlung von einer Substanz oder Probe der Substanz (gemeinsam als „Probe“ bezeichnet) zu empfangen und eine Ausgabe elektromagnetischer Strahlung von einem Verarbeitungselement zu erzeugen. Das Verarbeitungselement kann zum Beispiel ein integriertes Rechenelement („ICE“) sein. Die elektromagnetische Strahlung, die von dem Verarbeitungselement ausgeht, wird auf gewisse Weise geändert, um von einem Detektor lesbar zu sein, sodass ein Ausgabesignal des Detektors mit mindestens einem Charakteristikum der Probe korreliert werden kann. Die Ausgabe elektromagnetischer Strahlung von dem Verarbeitungselement kann reflektierte elektromagnetische Strahlung, übertragene elektromagnetische Strahlung und/oder dispergierte elektromagnetische Strahlung sein. Es versteht sich, dass es Gegenstand einer routinemäßigen Versuchsanordnung ist, ob reflektierte oder übertragene elektromagnetische Strahlung von dem Detektor analysiert wird. Zusätzlich kann ebenso eine Emission und/oder Streuung der Substanz, zum Beispiel über Fluoreszenz, Lumineszenz, Strahlen und Wiederausstrahlen, Raman-Streuung und/oder Rayleigh-Streuung durch die optischen Rechenvorrichtungen überwacht werden.As used herein, the term "optical computing device" refers to an optical device configured to receive an input of electromagnetic radiation from a substance or sample of the substance (collectively referred to as "sample") and an output of electromagnetic radiation from one To produce processing element. The processing element may be, for example, an integrated computing element ("ICE"). The electromagnetic radiation emanating from the processing element is changed in some way to be readable by a detector so that an output signal of the detector can be correlated with at least one characteristic of the sample. The output of electromagnetic radiation from the processing element may be reflected electromagnetic radiation, transmitted electromagnetic radiation, and / or dispersed electromagnetic radiation. It should be understood that it is the object of routine experimentation to analyze whether reflected or transmitted electromagnetic radiation from the detector. In addition, emission and / or scattering of the substance, for example via fluorescence, luminescence, radiation and re-emission, Raman scattering and / or Rayleigh scattering by the optical computing devices may also be monitored.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Probe“, oder Variationen davon, auf mindestens einen Teil einer interessierenden zu testenden oder auf andere Weise unter Verwendung der hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen beurteilten Substanz. Die Probe schließt das interessierende Charakteristikum, wie zuvor definiert ein und kann ein beliebiges Fluid, wie hierin definiert oder andererseits eine beliebige feste Substanz oder ein beliebiges festes Material, wie etwa unter anderem Gesteinsformationen, Beton, andere feste Oberflächen usw. sein.As used herein, the term "sample", or variations thereof, refers to at least a portion of a substance of interest to be tested or otherwise evaluated using the optical computing devices described herein. The sample includes the characteristic of interest as defined above and may be any fluid as defined herein or otherwise any solid substance or solid material such as, but not limited to, rock formations, concrete, other solid surfaces, etc.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „optisch interagieren“ oder Variationen davon auf die Reflexion, die Übertragung, die Streuung, die Beugung, das Strahlen, das Wiederausstrahlen oder die Absorption von elektromagnetischer Strahlung entweder an, durch oder von ein(em) oder mehreren Verarbeitungselementen, wie etwa integrierten Rechenelementen. Dementsprechend bezieht sich optisch interagierendes Licht auf Licht, das zum Beispiel unter Verwendung der integrierten Rechenelemente reflektiert, übertragen, gestreut, gebeugt oder absorbiert, emittiert, gestrahlt oder wiederausgestrahlt wurde, aber es kann auch für eine Interaktion mit einer Probensubstanz gelten.As used herein, the term "optically interacting" or variations thereof refers to the reflection, transmission, scattering, diffraction, radiation, re-radiation or absorption of electromagnetic radiation either to, through or from (em) or several processing elements, such as integrated computing elements. Accordingly, optically interacting light refers to light that has been, for example, reflected, transmitted, scattered, diffracted or absorbed, emitted, blasted, or re-blasted using the integrated computing elements, but may also be for interaction with a sample substance.
Im Gegensatz zu herkömmlichen spektroskopischen Elementen, mit denen ein elektromagnetisches Spektrum einer Probe gemessen und erzeugt wird, für das eine weitere Interpretation benötigt wird, um ein Ergebnis zu erhalten, ist die endgültige Ausgabe hierin beschriebener optischer Rechenvorrichtungen eine reelle Zahl, die auf gewisse Weise mit einem Charakteristikum einer interessierenden Probe korreliert werden kann. Zusätzlich können deutliche Vorteile umgesetzt werden, indem in den optischen Rechenvorrichtungen ein oder mehrere selektive Breitbandwinkelfilter eingeschlossen sind, die Streulichtreflexionen verringern oder beseitigen, welche das Ausgabesignal in Bezug auf ein Charakteristikum einer Probe stören können. Wie hierin verwendet, bezieht sich ein „selektiver Breitbandwinkelfilter“ (oder „BASF“) auf einen Filter, der Breitbandlicht in Bezug auf einen Einfallswinkel screent. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Einfallswinkel“ auf den Winkel, den ein einfallender Strahl elektromagnetischer Strahlung normalerweise in Bezug auf eine Fläche aufweist.Unlike conventional spectroscopic elements that measure and generate an electromagnetic spectrum of a sample that requires further interpretation to obtain a result, the final output of optical computing devices described herein is a real number that correlates in some ways with a characteristic of a sample of interest can be correlated. Additionally, significant advantages may be realized by including in the optical computing devices one or more selective broadband angle filters that reduce or eliminate stray light reflections that may interfere with the output signal with respect to a characteristic of a sample. As used herein, a "selective broadband angle filter" (or "BASF") refers to a filter that screens broadband light with respect to an angle of incidence. As used herein, the term "angle of incidence" refers to the angle that an incident beam of electromagnetic radiation normally has with respect to an area.
Zusätzlich können deutliche Vorteile umgesetzt werden, indem die Ausgaben von zwei oder mehr integrierten Rechenelementen und/oder zwei oder mehr BASFs in einer optischen Rechenvorrichtung bei der Analyse einer Probe miteinander, wie weiter unten beschrieben, kombiniert werden. Im Besonderen kann in einigen Fällen eine deutlich erhöhte Detektionsgenauigkeit umgesetzt werden. Beliebige der hierin beschriebenen Verfahren können ausgeführt werden, indem die Ausgaben von zwei oder mehr integrierten Rechenelementen und/oder zwei oder mehr BASFs miteinander kombiniert werden. Die integrierten Rechenelemente und/oder BASFs, deren Ausgaben kombiniert werden, können mit einem interessierenden Charakteristikum verknüpft oder davon getrennt sein, bei der Analyse des interessierenden Charakteristikums eine positive oder negative Reaktion zeigen oder eine beliebige Kombination davon.In addition, significant benefits can be realized by having the outputs of two or more integrated computing elements and / or two or more BASFs in an optical computing device in the Analysis of a sample together, as described below, are combined. In particular, in some cases, a significantly increased detection accuracy can be implemented. Any of the methods described herein may be carried out by combining the outputs of two or more integrated computing elements and / or two or more BASFs. The integrated computational elements and / or BASF's whose outputs are combined may be linked to or separate from a characteristic of interest, show a positive or negative response in the analysis of the characteristic of interest, or any combination thereof.
Wie zuvor angesprochen, sind optische Rechenvorrichtungen durch ihre operative Einfachheit robust und für Feld- oder Prozessumgebungen, einschließend den Einsatz in einer unterirdischen Formation, gut geeignet. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen Fluide analysieren, die gemeinhin in der Öl- und Gasindustrie anzutreffen sind, einschließend während des Einsatzes in einer unterirdischen Formation.As previously mentioned, optical computing devices are robust by their operational simplicity and are well suited for field or process environments, including use in a subterranean formation. For example, the optical computing devices described herein may analyze fluids commonly found in the oil and gas industry, including during use in a subterranean formation.
Ein deutlicher und entscheidender Vorteil der hierin offenbarten optischen Rechenvorrichtungen liegt darin, dass sie konfiguriert sein können, um im Besonderen ein Charakteristikum einer Probe zu detektieren und/oder zu messen, wodurch qualitative und/oder quantitative Analysen des Charakteristikums ermöglicht werden, ohne dass ein zeitaufwändiges Verfahren für die Probenverarbeitung ausgeführt werden muss oder ohne dass das elektromagnetische Spektrum der Probe aufgezeichnet und verarbeitet werden muss. Mit einer vorhandenen schnellen Analysefähigkeit können die hierin beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren dazu in der Lage sein, den prozentualen Anteil eines Charakteristikums einer Probe zu bestimmen, sodass ein Bediener bestimmen kann, ob das Charakteristikum innerhalb eines bestimmten akzeptablen Grenzbereichs liegt. Wenn das Charakteristikum der Probe außerhalb des akzeptablen Grenzbereichs liegt (üblicherweise zu hoch), können Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Die Verwendung der hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen zum Detektieren eines Charakteristikums einer Probe kann ferner vorteilhaft sein, um das Sammeln und die Archivierung von Informationen in Bezug auf derartige Proben für bestimmte Betriebsarten in Verbindung mit operativen Informationen zu ermöglichen, um darauffolgende Betriebsarten zu optimieren und dergleichen.A clear and significant advantage of the optical computing devices disclosed herein is that they may be configured to specifically detect and / or measure a characteristic of a sample, thereby enabling qualitative and / or quantitative analysis of the characteristic without requiring a time-consuming process Process must be performed for the sample processing or without the electromagnetic spectrum of the sample must be recorded and processed. With an existing rapid analysis capability, the exemplary systems and methods described herein may be capable of determining the percentage of a characteristic of a sample so that an operator can determine if the characteristic is within a certain acceptable limit. If the characteristic of the sample is outside the acceptable limit (usually too high), corrective action can be taken. The use of the optical computing devices described herein for detecting a characteristic of a sample may also be advantageous for enabling the collection and archiving of information relating to such samples for particular modes of operation in conjunction with operational information, to optimize subsequent modes of operation, and the like.
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung eine optische Rechenvorrichtung bereit, umfassend eine elektromagnetische Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in einen optischen Strahlengang emittiert. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „optischer Strahlengang“ auf den Pfad, den elektromagnetische Strahlung durchquert, die von einer Quelle ausgeht und bei einem Detektor endet. In dem optischen Strahlengang sind eine Probe, ein ICE und ein BASF in einer beliebigen Konfiguration positioniert. Das heißt, dass die Probe vor oder nach dem ICE kommen kann, das ICE vor oder nach dem BASF kommen kann und der BASF vor oder nach der Probe kommen kann. Zudem kann bzw. können sich mehr als ein ICE und/oder mehr als ein BASF in dem optischen Strahlengang befinden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In some embodiments, the present disclosure provides an optical computing device comprising an electromagnetic radiation source that emits electromagnetic radiation into an optical path. As used herein, the term "optical path" refers to the path that traverses electromagnetic radiation emanating from a source and terminating at a detector. In the optical path, a sample, an ICE and a BASF are positioned in any configuration. This means that the sample can come before or after the ICE, the ICE can come before or after BASF and BASF can come before or after the trial. Additionally, more than one ICE and / or more than one BASF may be in the optical path without departing from the scope of the present disclosure.
Die hierin beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren schließen mindestens eine optische Rechenvorrichtung ein, die konfiguriert ist, um mindestens ein Charakteristikum einer Probe zu messen, wie etwa in einem Flusspfad, der sich in einer unterirdischen Formation (z. B. einem Bohrloch) befinden kann. In einigen Ausführungsformen können die optischen Rechenvorrichtungen, die zur Verwendung in den hierin beschriebenen beispielhaften Systemen und Verfahren geeignet sind, mobil oder tragbar sein.The exemplary systems and methods described herein include at least one optical computing device configured to measure at least one characteristic of a sample, such as in a flow path that may be in a subterranean formation (eg, a borehole). In some embodiments, the optical computing devices that are suitable for use in the exemplary systems and methods described herein may be portable or portable.
Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann eine optische Rechenvorrichtung eine elektromagnetische Strahlungsquelle, mindestens ein Verarbeitungselement (z. B. ein ICE), mindestens einen BASF und mindestens einen Detektor einschließen, der angeordnet ist, um optisch interagierendes Licht zu empfangen, nachdem es mit dem mindestens einen ICE, dem mindestens einen BASF und einer Probe in einer beliebigen Kombination interagiert hat. Jedoch kann die elektromagnetische Strahlungsquelle in mindestens einer Ausführungsform entfallen und stattdessen kann die elektromagnetische Strahlung von der Probe selbst stammen. In einigen Ausführungsformen können die beispielhaften optischen Rechenvorrichtungen im Besonderen konfiguriert sein, um ein bestimmtes Charakteristikum einer Probe, wie etwa eine Konzentration einer Komponente der Probe oder andere Charakteristika, nachfolgend ausführlicher erörtert, zu detektieren, zu analysieren und quantitativ zu messen. In anderen Ausführungsformen können die optischen Rechenvorrichtungen universelle optische Vorrichtungen mit einer Verarbeitung nach dem Erwerb (z. B. durch Computermittel) sein, die verwendet werden, um im Besonderen das Charakteristikum der Probe zu detektieren.According to the embodiments described herein, an optical computing device may include an electromagnetic radiation source, at least one processing element (eg, an ICE), at least one BASF, and at least one detector arranged to receive optically interacting light after being coupled to the at least one an ICE that has interacted with at least one BASF and one sample in any combination. However, in at least one embodiment, the electromagnetic radiation source may be omitted, and instead the electromagnetic radiation may originate from the sample itself. Specifically, in some embodiments, the exemplary optical computing devices may be configured to detect, analyze, and quantitatively measure a particular characteristic of a sample, such as a concentration of a component of the sample or other characteristics discussed in greater detail below. In other embodiments, the optical computing devices may be universal optical devices with post-acquisition processing (eg, by computer means) that are used to specifically detect the characteristic of the sample.
Bei den gegenwärtig beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen wird der Vorteil der Leistung, der Präzision und Genauigkeit kombiniert, die mit Laborspektrometern verknüpft sind, während sie äußerst robust und für den Feldeinsatz geeignet sind. Ferner können die optischen Rechenvorrichtungen Berechnungen (Analysen) in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit durchführen, ohne dass eine zeitaufwändige Probenverarbeitung erforderlich ist. In dieser Hinsicht können die optischen Rechenvorrichtungen im Besonderen konfiguriert sein, um bestimmte Charakteristika einer Probe zu detektieren und zu analysieren. In einigen Ausführungsformen kann die detektierte Ausgabe in eine Stromstärke oder Spannung umgewandelt werden, die für die Größenordnung des Charakteristikums der Probe bezeichnend ist.The optical computing devices currently described combine the benefits of performance, precision and accuracy associated with laboratory spectrometers while being extremely powerful robust and suitable for field use. Further, the optical computing devices can perform calculations (analyzes) in real time or near real time without the need for time-consuming sample processing. In this regard, the optical computing devices may be specifically configured to detect and analyze certain characteristics of a sample. In some embodiments, the detected output may be converted to a current magnitude or voltage indicative of the magnitude of the characteristic of the sample.
Die optischen Rechenvorrichtungen der vorliegenden Offenbarung werden betrieben, indem zwischen optischen (oder Spannungs-)Signalen in Bezug auf ein Charakteristikum einer Probe und Störsignalen (z. B. Streulicht oder „Geister“-Signalen) unterschieden wird. Derartiges Streulicht (hierin auch als „Streulichtreflexionen“ und „Streustrahlungsreflexionen“ bezeichnet) betrifft ein optisches Signal, das nicht mit der interessierenden Probe in Zusammenhang steht und das tendenziell das gewünschte Signal ändern kann, das durch den optischen Strahlengang befördert wird und der Probe oder dem Charakteristikum davon entspricht. Wenn es nicht effektiv verringert oder auf andere Weise verhindert wird, kann das Streulicht dazu dienen, die detektierte elektromagnetische Strahlung nachteilig zu ändern, woraus sich im Wesentlichen eine verringerte Genauigkeit, Präzision, Empfindlichkeit und Detektionsgrenze ergeben. Frühere Mittel zum Verringern von Streulicht stützten sich zum Beispiel auf physikalische Maskierungsverfahren, Blenden und Abschirmungen. Jedoch werden bei den hierin enthaltenen Ausführungsformen ein oder integrierte(s) Rechenelement(e) und selektive(r) Breitbandwinkelfilter synergistisch kombiniert, um Streulicht zu verringern oder zu beseitigen und die Empfindlichkeit und das Ausgabesignal der optischen Rechenvorrichtungen, die sie umfassen, im Vergleich zu zuvor verwendeten Mitteln zu verstärken (z. B. das Signal-Rausch-Verhältnis zu verringern).The optical computing devices of the present disclosure operate by discriminating between optical (or voltage) signals with respect to a characteristic of a sample and spurious signals (e.g., stray light or "ghost" signals). Such stray light (also referred to herein as " stray light reflections " and " stray radiation reflections ") refers to an optical signal which is not related to the specimen of interest and which tends to alter the desired signal carried by the optical beam path and the specimen or specimen Characteristic of it corresponds. If not effectively reduced or otherwise prevented, the stray light may serve to adversely affect the detected electromagnetic radiation, resulting in substantially reduced accuracy, precision, sensitivity, and detection limit. Previous means of reducing stray light relied, for example, on physical masking techniques, apertures and shields. However, in the embodiments contained herein, one or more computing elements and selective broadband angle filters are synergistically combined to reduce or eliminate stray light and the sensitivity and output signal of the optical computing devices comprising them as compared to amplify previously used agents (eg to reduce the signal-to-noise ratio).
Die optischen Rechenvorrichtungen können nicht nur konfiguriert sein, um die Zusammensetzung und Konzentrationen einer Probe zu detektieren, sondern sie können außerdem konfiguriert sein, um auf Grundlage ihrer Analyse der elektromagnetischen Strahlung, die aus dem optischen Strahlengang, umfassend die Probe, empfangen wird, ebenso physikalische Eigenschaften und andere Charakteristika der Probe zu bestimmen. Zum Beispiel können die optischen Rechenvorrichtungen konfiguriert sein, um unter Verwendung geeigneter Verarbeitungsmittel die Konzentration der Probe zu bestimmen und die bestimmte Konzentration mit einem Charakteristikum der Probe zu korrelieren. Es versteht sich, dass die optischen Rechenvorrichtungen konfiguriert sein können, um für eine gegebene Probe so viele Charakteristika wie gewünscht zu detektieren. Alles, was zum Erreichen der Überwachung mehrerer interessierender Charakteristika erforderlich ist, ist die Einbindung geeigneter Verarbeitungs- und Detektionsmittel in der optischen Rechenvorrichtung für jedes interessierende Charakteristikum (z. B. Konzentration eines Analyten und dergleichen). In einigen Ausführungsformen können die Eigenschaften der Probe unter Verwendung einer Kombination von interessierenden Charakteristika (z. B. einer linearen, nicht linearen, logarithmischen und/oder exponentiellen Kombination) bestimmt werden. Dementsprechend gilt, je mehr Charakteristika unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtungen detektiert und analysiert werden, desto genauer werden die Eigenschaften der Probe bestimmt. Zum Beispiel können Eigenschaften einer Probe, die unter Verwendung hierin beschriebener optischer Rechenvorrichtungen bestimmt werden können, unter anderem die absolute Konzentration eines Analyten, die jeweiligen Verhältnisse von zwei oder mehr Analyten, das Vorhandensein oder Fehlen eines Analyten und dergleichen und eine beliebige Kombination davon einschließen.Not only may the optical computing devices be configured to detect the composition and concentrations of a sample, but they may also be configured to be based on their analysis of the electromagnetic radiation received from the optical beam path including the sample To determine properties and other characteristics of the sample. For example, the optical computing devices may be configured to determine the concentration of the sample using appropriate processing means and to correlate the determined concentration with a characteristic of the sample. It is understood that the optical computing devices may be configured to detect as many characteristics as desired for a given sample. All that is required to achieve the monitoring of multiple characteristics of interest is the incorporation of appropriate processing and detection means in the optical computing device for each characteristic of interest (e.g., concentration of an analyte, and the like). In some embodiments, the properties of the sample may be determined using a combination of characteristics of interest (e.g., a linear, nonlinear, logarithmic, and / or exponential combination). Accordingly, the more characteristics are detected and analyzed using the optical computing devices, the more accurately the properties of the sample are determined. For example, properties of a sample that may be determined using optical computing devices described herein may include, but are not limited to, the absolute concentration of an analyte, the respective ratios of two or more analytes, the presence or absence of an analyte, and the like, and any combination thereof.
Bei den hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen wird elektromagnetische Strahlung verwendet, um Berechnungen durchzuführen, im Gegensatz zu den festverdrahteten Schaltungen herkömmlicher elektronischer Prozessoren. Wenn elektromagnetische Strahlung mit einer Probe interagiert, können einzigartige physikalische und chemische Informationen über die Probe in der elektromagnetischen Strahlung codiert werden, die von einem optischen Strahlengang, umfassend die Probe, reflektiert oder durch diesen übertragen wird oder darin strahlt. Die hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen sind dazu in der Lage, die Informationen des spektralen Fingerabdrucks mehrerer Charakteristika einer Probe zu extrahieren und diese Informationen in eine detektierbare Ausgabe im Hinblick auf die Gesamteigenschaften des interessierenden überwachten Materials umzuwandeln. Das heißt, dass durch geeignete Konfigurationen der optischen Rechenvorrichtungen elektromagnetische Strahlung, die mit interessierenden Charakteristika verknüpft ist, von elektromagnetischer Strahlung getrennt werden kann, die mit allen anderen Komponenten des interessierenden Materials verknüpft ist, um die Eigenschaften der überwachten Substanz (z. B. einer Verunreinigung) in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit, besonders durch einen synergistischen Betrieb des einen oder der mehreren ICEs und des einen oder der mehreren BASFs, umfassend die optischen Rechenvorrichtungen, abzuschätzen.In the optical computing devices described herein, electromagnetic radiation is used to perform calculations, unlike the hardwired circuits of conventional electronic processors. When electromagnetic radiation interacts with a sample, unique physical and chemical information about the sample can be encoded in the electromagnetic radiation that is reflected from or transmitted through or emanating from an optical pathway comprising the sample. The optical computing devices described herein are capable of extracting the information of the spectral fingerprint of a plurality of characteristics of a sample and converting that information into a detectable output in view of the overall characteristics of the monitored material of interest. That is, by appropriate configurations of the optical computing devices, electromagnetic radiation associated with characteristics of interest may be separated from electromagnetic radiation associated with all other components of the material of interest to enhance the properties of the monitored substance (e.g. Contamination) in real time or near real time, particularly by synergistic operation of the one or more ICEs and the one or more BASFs comprising the optical computing devices.
Die Verarbeitungselemente, die in den beispielhaften hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen verwendet werden, können als integrierte Rechenelemente (ICE) gekennzeichnet sein. Jedes ICE ist dazu in der Lage, elektromagnetische Strahlung, die mit einer Probe in einem optischen Strahlengang optisch interagiert hat, von anderer elektromagnetischer Strahlung zu unterscheiden. In Bezug auf
An dem gegenüberliegenden Ende (z. B. gegenüber dem optischen Substrat
In einigen Ausführungsformen kann das Material von jeder Schicht
Die mehreren Schichten
Die Gewichtungen, die für die Schichten
Der BASF der vorliegenden Offenbarung kann an einer beliebigen Stelle in dem optischen Strahlengang, nachfolgend ausführlicher beschrieben, verwendet werden, um elektromagnetische Streustrahlung zu reflektieren, wodurch das Signal in dem optischen Strahlengang in Bezug auf die Probe oder das interessierende Charakteristikum der Probe verbessert wird, die von einem Detektor empfangen wird. Im Besonderen überträgt der BASF elektromagnetische Strahlung und reflektiert eine oder mehrere Streulichtreflexionen mit Winkeln, die nicht mit einem Zieleinfallswinkel übereinstimmen. Zusätzlich kann, da der Brechungsindex vieler Arten von Proben gegenüber der Wellenlänge möglicherweise nicht äußerst empfindlich ist, der Zieleinfallswinkel für ein breites Band von Frequenzen unter Verwendung des gleichen BASF gleich sein. Der BASF reflektiert die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte elektromagnetische Strahlung, die sich in Winkeln ausbreitet, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ größtenteils, jedoch nicht notwendigerweise vollständig. The BASF of the present disclosure can be used anywhere in the optical path, described in more detail below, to reflect scattered electromagnetic radiation, thereby improving the signal in the optical path with respect to the sample or the characteristic of interest of the sample which is received by a detector. In particular, BASF transmits electromagnetic radiation and reflects one or more scattered light reflections at angles that do not match a target angle of incidence. In addition, since the refractive index of many types of samples may not be extremely sensitive to wavelength, the target angle of incidence may be the same for a broad band of frequencies using the same BASF. BASF reflects all or substantially all of the electromagnetic radiation that propagates at angles that do not match the target angle of incidence. As used herein, the term "substantially" means mostly, but not necessarily completely.
Ein beliebiger BASF kann in dem optischen Strahlengang gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Fähigkeit eines BASF zum Reflektieren von Streulicht und zum Übertragen von Signalen mit einem Zieleinfallswinkel, größtenteils von dem Vorhandensein optischer Bandlücken in dem BASF, die eine Lichtausbreitung bei bestimmten Frequenzen verhindern und ihrer Übertragung mit einem Einfallswinkel, und der Fähigkeit von photonischen Heterostrukturen zum Erweitern derartiger Bandlücken abhängen. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Begriff „Bandlücke“ und grammatische Varianten davon auf Bereiche von Photonenfrequenzen, in denen keine Photonen durch ein Material übertragen werden können. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „photonische Heterostrukturen“ (oder lediglich „Heterostrukturen“) auf ein Stapeln photonischer Materialien (z. B. photonischer Kristalle), die unterschiedliche optische Brechungsindizes aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Heterostrukturen unter Verwendung von Viertelwellenstapeln geformt werden, die variierende Brechungsindizes aufweisen und hinsichtlich der Dicke jeweils einem Viertel einer optischen Wellenlänge entsprechen.Any BASF may be used in the optical path in accordance with the methods of the present disclosure. In some embodiments, the ability of a BASF to reflect stray light and transmit signals having a target angle of incidence, largely from the presence of optical band gaps in the BASF, can prevent light propagation at certain frequencies and their transmission at an angle of incidence, and the ability of photonic Heterostructures depend on expanding such bandgaps. As used herein, the term "bandgap" and grammatical variants thereof refer to regions of photon frequencies in which photons can not be transmitted through a material. As used herein, the term "photonic heterostructures" (or merely "heterostructures") refers to stacking of photonic materials (eg, photonic crystals) having different optical refractive indices. In some embodiments, the heterostructures described herein may be formed using quarter wave stacks having varying refractive indices and each corresponding in thickness to one quarter of an optical wavelength.
Der „Brechungsindex“ eines Materials (z. B. einer interessierenden Probe) eines optischen Mediums ist eine dimensionslose Zahl, die beschreibt, wie viel elektromagnetische Strahlung gebeugt oder gebrochen wird, während sie sich durch ein Material ausbreitet. Der Brechungsindex (n) eines Materials wird durch Gleichung 1:bestimmt, wobei ∊r die relative Permittivität des Materials ist und μr die relative Permeabilität des Materials ist. Die relative Permittivität und die relative Permeabilität eines Materials sind von der Frequenz und demnach von der Wellenlänge abhängig. Üblicherweise ist die relative Permeabilität eines Materials bei optischen Frequenzen (obwohl nicht immer) für die meisten natürlich vorkommenden Materialien im Wesentlichen gleich eins (die ganze Zahl 1) und dementsprechend können die variablen Brechungsindizes des photonischen Materials (z. B. photonischer Kristall) in den hierin beschriebenen Heterostrukturen im Wesentlichen oder vollständig auf der relativen Permittivität des Materials basieren.The "refractive index" of a material (eg, a sample of interest) of an optical medium is a dimensionless number that describes how much electromagnetic radiation is diffracted or refracted as it propagates through a material. The refractive index (n) of a material is given by Equation 1: where ε r is the relative permittivity of the material and μ r is the relative permeability of the material. The relative permittivity and the relative permeability of a material depend on the frequency and thus on the wavelength. Typically, the relative permeability of a material at optical frequencies is (although not always) substantially equal to one (the integer 1) for most naturally occurring materials, and accordingly, the variable indices of refraction of the photonic material (eg, photonic crystal) in the heterostructures described herein are substantially or entirely based on the relative permittivity of the material.
In Bezug auf
Wenn eine steigende Anzahl von Doppelschichten mit photonischem Material
Wie abgebildet, schließt die Heterostruktur
In einigen Ausführungsformen können die Größe, Dicke oder Form von zwei benachbarten photonischen Materialien in einer Heterostruktur, die einen BASF gemäß der vorliegenden Offenbarung formt, variiert werden, um eine gewünschte Bandlücke zu erreichen. Zum Beispiel (nicht gezeigt) kann eine zweite Schicht A so angeordnet sein, dass sie eine kleinere Größe aufweist als eine erste und dritte Schicht B, welche die Schicht A umgeben. Die zweite Schicht A kann eine photonische Bandlücke aufweisen, die innerhalb der photonischen Bandlücke der ersten und dritten Schicht B liegt. Dementsprechend wird elektromagnetische Strahlung, die eine Wellenlänge außerhalb der Bandlücke von Schicht A, aber innerhalb der Bandlücke von Schicht B aufweist, durch die Schicht B reflektiert und demnach innerhalb von Schicht A zurückgehalten.In some embodiments, the size, thickness, or shape of two adjacent photonic materials in a heterostructure that forms a BASF according to the present disclosure may be varied to achieve a desired bandgap. For example (not shown), a second layer A may be arranged to be smaller in size than a first and third layer B surrounding the layer A. The second layer A may have a photonic bandgap that is within the photonic bandgap of the first and third layers B. Accordingly, electromagnetic radiation having a wavelength outside the band gap of layer A but within the band gap of layer B is reflected by layer B and thus retained within layer A.
In einigen Ausführungsformen kann das Material, das die Schichten der Heterostruktur
In Bezug auf
Das mit der Probe interagierende Licht
Die Strahlen von elektromagnetischer Strahlung
Wie in
Die modifizierte elektromagnetische Strahlung
In einigen Ausführungsformen kann das reflektierte optisch interagierende Licht
Das interessierende Charakteristikum bzw. die interessierenden Charakteristika, das bzw. die unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtung
In einigen Ausführungsformen kann die Größenordnung des interessierenden Charakteristikums, das unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtung
In einigen Ausführungsformen können die Daten, die unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtungen
In Bezug auf
Das System
Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann die optische Rechenvorrichtung
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Vorrichtung
Wie gezeigt, trifft die elektromagnetische Strahlung
Die optisch interagierende Strahlung
Es ist anzumerken, wie zuvor erörtert, dass obwohl das ICE
Zudem werden hierin, obwohl lediglich ein ICE
In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, mehr als ein interessierendes Charakteristikum auf einmal unter Verwendung der Vorrichtung
In anderen Ausführungsformen können mehrere Vorrichtungen
Die modifizierte elektromagnetische Strahlung
In einigen Ausführungsformen kann der Detektor
In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung
Um diese Variationen hinsichtlich der Lichtintensität zu kompensieren, kann der zweite Detektor
In einigen Anwendungen können das Ausgabesignal
In Echtzeit oder nahezu in Echtzeit kann der Signalprozessor
Das Potenzial für Streustrahlung ist nicht auf eine bestimmte Stelle in dem optischen Strahlengang begrenzt und kann an einem beliebigen Punkt in dem optischen Strahlengang auftreten, wodurch sich eine potenzielle Verringerung hinsichtlich der Empfindlichkeit der Vorrichtung
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere BASFs vor oder nach dem optionalen Strahlteiler
In jedem Fall, in dem ein BASF in dem optischen Strahlengang der Vorrichtung
In einigen Ausführungsformen kann der BASF der vorliegenden Offenbarung ein eigenständiger Filter sein. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Begriff „eigenständiger Filter“ und grammatische Varianten davon auf einen selektiven Breitbandwinkelfilter, wie hierin beschrieben, der nicht mit einer beliebigen Komponente der hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen einstückig ausgebildet ist. Wenn der BASF ein eigenständiger Filter ist, wie zuvor beschrieben, kann er an einer beliebigen Stelle in dem optischen Strahlengang lokalisiert werden, einschließend unter anderem zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und eine beliebige Kombination davon. Er kann dann mit einer oder mehreren der elektromagnetischen Strahlung
Wie hierin beschrieben, kann der BASF
Es ist bekannt, dass die verschiedenen hierin enthaltenen Ausführungsformen, die auf eine Computersteuerung und künstliche neuronale Netzwerke, einschließend verschiedene Blöcke, Module, Elemente, Komponenten, Verfahren und Algorithmen, gerichtet sind, unter Verwendung von Computerhardware, -software, Kombinationen davon und dergleichen implementiert werden können. Um diese Austauschbarkeit von Hardware und Software zu veranschaulichen, wurden verschiedene veranschaulichende Blöcke, Module, Elemente, Komponenten, Verfahren und Algorithmen im Hinblick auf ihre Funktionalität im Allgemeinen beschrieben. Ob eine derartige Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der bestimmten Anwendung und beliebigen auferlegten Einschränkungen hinsichtlich der Gestaltung ab. Zumindest aus diesem Grund ist es bekannt, dass ein Durchschnittsfachmann die beschriebene Funktionalität für eine bestimmte Anwendung auf verschiedene Art und Weise implementieren kann. Ferner können verschiedene Komponenten und Blöcke zum Beispiel in einer anderen Reihenfolge angeordnet oder anders aufgeteilt werden, ohne von dem Umfang der ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.It is well known that the various embodiments contained herein, which are directed to computer control and artificial neural networks including various blocks, modules, elements, components, methods, and algorithms, are implemented using computer hardware, software, combinations thereof, and the like can be. To illustrate this interchangeability of hardware and software, various illustrative blocks, modules, elements, components, methods and algorithms have been generally described in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented as hardware or software depends on the particular application and any design constraints imposed. At least for this reason, it is known that one of ordinary skill in the art can implement the described functionality for a particular application in a variety of ways. Further, various components and blocks may, for example, be arranged in a different order or otherwise partitioned without departing from the scope of the expressly described embodiments.
Computerhardware, die verwendet wird, um die verschiedenen veranschaulichenden hierin beschriebenen Blöcke, Module, Elemente, Komponenten, Verfahren und Algorithmen zu implementieren, kann einen Prozessor einschließen, der konfiguriert ist, um eine oder mehrere Anweisungssequenzen, Programmiereinstellungen oder Code auszuführen, die bzw. der auf einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium gespeichert ist bzw. sind. Bei dem Prozessor kann es sich zum Beispiel um Folgendes handeln: einen Universalmikroprozessor, eine Mikrosteuerung, einen Digitalsignalprozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, ein feldprogrammierbares Gate-Array, eine programmierbare Logikvorrichtung, eine Steuerung, eine Zustandsmaschine, eine gattergesteuerte Logik, eigenständige Hardwarekomponenten, ein künstliches neuronales Netzwerk oder eine beliebige ähnliche geeignete Einheit, die Berechnungen oder andere Datenbearbeitungsvorgänge durchführen kann. In einigen Ausführungsformen kann Computerhardware ferner Elemente, wie etwa zum Beispiel einen Speicher (z. B. Direktzugriffsspeicher (RAM), Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM)) Verzeichnisse, Festplatten, Wechseldatenträger, CD-ROMs, DVDs oder eine beliebige andere ähnliche geeignete Speichervorrichtung oder ein beliebiges anderes ähnliches geeignetes Speichermedium, einschließen. Computer hardware used to implement the various illustrative blocks, modules, elements, components, methods, and algorithms described herein may include a processor configured to execute one or more instruction sequences, programming settings, or code is stored on a non-transitory, computer-readable medium. The processor may be, for example, a general purpose microprocessor, a microcontroller, a digital signal processor, an application specific integrated circuit, a field programmable gate array, a programmable logic device, a controller, a state machine, a gated logic, stand-alone hardware components artificial neural network or any similar suitable unit that can perform calculations or other data manipulation operations. In some embodiments, computer hardware may further include elements such as memory (e.g., random access memory (RAM), flash memory, read only memory (ROM), programmable read only memory (PROM), erasable memory). Read-only memory (EPROM)) include directories, hard disks, removable media, CD-ROMs, DVDs, or any other similar suitable storage device or storage device, or any other similar suitable storage medium.
Hierin beschriebene ausführbare Sequenzen können mit einer oder mehreren Sequenzen von Code implementiert werden, die in einem Speicher enthalten sind. In einigen Ausführungsformen kann derartiger Code in dem Speicher von einem anderen maschinenlesbaren Medium gelesen werden. Die Ausführung der Anweisungssequenzen, die in dem Speicher enthalten sind, kann dazu führen, dass ein Prozessor die hierin beschriebenen Prozessschritte ausführt. Ein oder mehrere Prozessoren in einer Multiverarbeitungsanordnung können ebenfalls eingesetzt werden, um Anweisungssequenzen in dem Speicher auszuführen. Zusätzlich kann eine festverdrahtete Schaltung anstelle von oder in Kombination mit Softwareanweisungen verwendet werden, um verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen zu implementieren. Demnach sind die vorliegenden Ausführungsformen nicht auf eine spezifische Kombination von Hardware und/oder Software beschränkt.Executable sequences described herein may be implemented with one or more sequences of code contained in a memory. In some embodiments, such code in the memory may be read by another machine-readable medium. The execution of the instruction sequences contained in the memory may result in a processor executing the process steps described herein. One or more processors in a multi-processing arrangement may also be employed to execute instruction sequences in the memory. Additionally, hardwired circuitry may be used in place of or in combination with software instructions to implement various embodiments described herein. Thus, the present embodiments are not limited to a specific combination of hardware and / or software.
Wie hierin verwendet, bezieht sich ein maschinenlesbares Medium auf ein beliebiges Medium, das direkt oder indirekt Anweisungen für einen Prozessor zur Ausführung bereitstellt. Ein maschinenlesbares Medium kann viele Formen annehmen, einschließend zum Beispiel nicht-flüchtige Medien, flüchtige Medien und Übertragungsmedien. Nicht-flüchtige Medien können zum Beispiel optische und Magnetplatten einschließen. Flüchtige Medien können zum Beispiel einen dynamischen Speicher einschließen. Übertragungsmedien können zum Beispiel Koaxialkabel, Draht, Glasfaser und Drähte einschließen, die einen Bus bilden. Übliche Formen von maschinenlesbaren Medien können zum Beispiel Disketten, flexible Platten, Festplatten, Magnetbänder, andere ähnliche magnetische Medien, CD-ROMs, DVDs, andere ähnliche optische Medien, Lochkarten, Lochstreifen und ähnliche physikalische Medien mit Lochmustern, RAM, ROM, PROM, EPROM und Flash-EPROM einschließen.As used herein, a machine-readable medium refers to any medium that directly or indirectly provides instructions for a processor to execute. A machine-readable medium can take many forms, including, for example, nonvolatile media, volatile media and transmission media. Non-volatile media may include, for example, optical and magnetic disks. For example, volatile media may include dynamic memory. Transmission media may include, for example, coaxial cable, wire, fiber, and wires that form a bus. Typical forms of machine-readable media may include, for example, floppy disks, flexible disks, hard disks, magnetic tapes, other similar magnetic media, CD-ROMs, DVDs, other similar optical media, punched cards, punched tape and similar physical media with hole patterns, RAM, ROM, PROM, EPROM and include flash EPROM.
Außerdem ist anzumerken, dass die verschiedenen hierin bereitgestellten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und streng genommen auch nicht optisch korrekt abgebildet sind, wie es sich für einen Fachmann der Optik versteht. Stattdessen sind die Zeichnungen lediglich von veranschaulichender Natur und werden hierin im Allgemeinen verwendet, um das Verständnis der hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren zu unterstützen. Obwohl die Zeichnungen nicht optisch akkurat sein mögen, spiegeln die hierin abgebildeten konzeptionellen Interpretationen tatsächlich die exemplarische Natur der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen akkurat wider.It should also be noted that the various drawings provided herein are not necessarily to scale and, strictly speaking, are not also optically correctly imaged, as will be understood by one of ordinary skill in the art. Instead, the drawings are merely illustrative and are generally used herein to assist in understanding the systems and methods provided herein. Although the drawings may not be optically accurate, the conceptual interpretations depicted herein in fact accurately reflect the exemplary nature of the various disclosed embodiments.
Hierin enthaltene Ausführungsformen schließen Folgendes ein:
Ausführungsform A: Eine optische Rechenvorrichtung, umfassend: eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einen optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach einer Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Embodiments included herein include:
Embodiment A: An optical computing device comprising: an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into an optical beam path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after a sample located in the optical path to generate modified electromagnetic radiation in the optical path; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.
Ausführungsform A kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen:
Element A1: Wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Embodiment A may have one or more of the following additional elements in any combination:
Element A1: Where the ICE is located after the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path, and then the optically interacting radiation optically interacts with the ICE to form the optical Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.
Element A2: Wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Element A2: Where the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and the optically interacting radiation then optically interacts with the sample to enter the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.
Element A3: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Element A3: BASF being an independent filter.
Element A4: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, der in dem optischen Strahlengang an einer Stelle angeordnet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element A4: wherein the BASF is a self-contained filter disposed in the optical path at a position selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector and any combination thereof.
Element A5: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element A5: wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof.
Element A6: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren.Element A6: wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s).
Element A7: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren, und wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.Element A7, wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s), and wherein BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof.
Element A8: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt.Element A8: Where BASF is composed of photonic crystal layers.
Element A9: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.Element A9: wherein BASF is composed of photonic crystal layers selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V compound semiconductor, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any of them Combination of it.
Element A10: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon.Element A10: wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light-emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an x-ray source, a gamma-ray source, and any combination thereof.
Element A11: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.Element A11: wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, x-ray radiation, gamma radiation, and any combination thereof.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel schließen beispielhafte Kombinationen, die für A anwendbar sind, Folgendes ein: A mit A1 und A2; A mit A1 und A3; A mit A1 und A4; A mit A1 und A5; A mit A1 und A6; A mit A1 und A7; A mit A1 und A8; A mit A1 und A9; A mit A1 und A10; A mit A1 und A11; A mit A2 und A3; A mit A2 und A4; A mit A2 und A5; A mit A2 und A6; A mit A2 und A7; A mit A2 und A8; A mit A2 und A9; A mit A2 und A10; A mit A2 und A11; A mit A3 und A4; A mit A3 und A5; A mit A3 und A6; A mit A3 und A7; A mit A3 und A8; A mit A3 und A9; A mit A3 und A10; A mit A3 und A11; A mit A4 und A5; A mit A4 und A6; A mit A4 und A7; A mit A4 und A8; A mit A4 und A9; A mit A4 und A10; A mit A4 und A11; A mit A5 und A6; A mit A5 und A7; A mit A5 und A8; A mit A5 und A9; A mit A5 und A10; A mit A5 und A11; A mit A6 und A7; A mit A6 und A8; A mit A6 und A9; A mit A6 und A10; A mit A6 und A11; A mit A7 und A8; A mit A7 und A9; A mit A8 und A9; A mit A8 und A10; A mit A8 und A11; A mit A9 und A10; A mit A9 und A11; A mit A10 und A11; A mit A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10 und A11; A mit A1, A3, A5 und A8; A mit A1, A2, A6 und A9; A mit A5, A7 und A8; A mit A1, A2, A10 und A11.As a non-limiting example, exemplary combinations applicable to A include: A with A1 and A2; A with A1 and A3; A with A1 and A4; A with A1 and A5; A with A1 and A6; A with A1 and A7; A with A1 and A8; A with A1 and A9; A with A1 and A10; A with A1 and A11; A with A2 and A3; A with A2 and A4; A with A2 and A5; A with A2 and A6; A with A2 and A7; A with A2 and A8; A with A2 and A9; A with A2 and A10; A with A2 and A11; A with A3 and A4; A with A3 and A5; A with A3 and A6; A with A3 and A7; A with A3 and A8; A with A3 and A9; A with A3 and A10; A with A3 and A11; A with A4 and A5; A with A4 and A6; A with A4 and A7; A with A4 and A8; A with A4 and A9; A with A4 and A10; A with A4 and A11; A with A5 and A6; A with A5 and A7; A with A5 and A8; A with A5 and A9; A with A5 and A10; A with A5 and A11; A with A6 and A7; A with A6 and A8; A with A6 and A9; A with A6 and A10; A with A6 and A11; A with A7 and A8; A with A7 and A9; A with A8 and A9; A with A8 and A10; A with A8 and A11; A with A9 and A10; A with A9 and A11; A with A10 and A11; A with A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10 and A11; A with A1, A3, A5 and A8; A with A1, A2, A6 and A9; A with A5, A7 and A8; A with A1, A2, A10 and A11.
Ausführungsform B: Ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in einen optischen Strahlengang emittiert; optisches Interagieren der elektromagnetischen Strahlung mit einer Probe, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird und einem integrierten Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach der Probe lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang elektromagnetische Strahlung zu generieren; Übertragen der elektromagnetischen Strahlung und/oder der modifizierten elektromagnetischen Strahlung durch einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, mit einem Zieleinfallswinkel, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird; Reflektieren von einer oder mehreren Streustrahlungsreflexionen mit dem BASF in dem optischen Strahlengang mit Winkeln, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; Empfangen von ASMR mit einem Detektor; und Generieren eines Ausgabesignals, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Embodiment B: A method comprising: providing an electromagnetic radiation source that emits electromagnetic radiation into an optical path; optically interacting the electromagnetic radiation with a sample located in the optical path and an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after the sample to generate electromagnetic radiation in the optical path; Transmitting the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation through a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical beam path with a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle; Reflecting one or more stray reflections with the BASF in the optical beam path at angles that do not match the target angle of incidence; Receiving ASMR with a detector; and generating an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.
Ausführungsform B kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen:
Element B1: Wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Embodiment B may have one or more of the following additional elements in any combination:
Element B1: Where the ICE is located after the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path and the optically interacting radiation then optically interacts with the ICE to enter the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.
Element B2: Wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Element B2: Where the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and the optically interacting radiation then optically interacts with the sample to be detected in the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.
Element B3: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Element B3: BASF being an independent filter.
Element B4: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, und ferner umfassend das Anordnen des eigenständigen BASF-Filters an einer Stelle, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element B4: where the BASF is a stand-alone filter, and further comprising placing the stand-alone BASF filter at a location selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE the ICE and the detector and any combination thereof.
Element B5: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, und ferner umfassend das Ablagern des BASF-Mehrschichtfilms auf einer Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element B5: where the BASF is a multilayer film stack, and further comprising depositing the BASF multilayer film on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof.
Element B6: Ferner umfassend das Anordnen eines Probenfensters angrenzend an die Probe und das Übertragen der elektromagnetischen Strahlung dahindurch, um optisch mit der Probe zu interagieren, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, die mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) generieren.Element B6: further comprising arranging a sample window adjacent to the sample and transmitting the electromagnetic radiation therethrough to optically interact with the sample, the sample window having one or more surfaces containing at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s) ) to generate.
Element B7: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.Element B7: Where the BASF is a multilayer film stack deposited on one selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof.
Element B8: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt. Element B8: Where BASF is composed of photonic crystal layers.
Element B9: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.Element B9: where BASF is composed of photonic crystal layers selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V semiconductor compound, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any combination thereof.
Element B10: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon.Element B10: wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light-emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an X-ray source, a gamma-ray source, and any combination thereof.
Element B11: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.Element B11: Wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-ray, gamma radiation, and any combination thereof.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel schließen beispielhafte Kombinationen, die für B anwendbar sind, Folgendes ein: B mit B1 und B2; B mit B1 und B3; B mit B1 und B4; B mit B1 und B5; B mit B1 und B6; B mit B1 und B7; B mit B1 und B8; B mit B1 und B9; B mit B1 und B10; B mit B1 und B11; B mit B2 und B3; B mit B2 und B4; B mit B2 und B5; B mit B2 und B6; B mit B2 und B7; B mit B2 und B8; B mit B2 und B9; B mit B2 und B10; B mit B2 und B11; B mit B3 und B4; B mit B3 und B5; B mit B3 und B6; B mit B3 und B7; B mit B3 und B8; B mit B3 und B9; B mit B3 und B10; B mit B3 und B11; B mit B4 und B5; B mit B4 und B6; B mit B4 und B7; B mit B4 und B8; B mit B4 und B9; B mit B5 und B6; B mit B5 und B7; B mit B5 und B8; B mit B5 und B9; B mit B5 und B10; B mit B5 und B11; B mit B6 und B7; B mit B6 und B8; B mit B6 und B9; B mit B6 und B10; B mit B6 und B11; B mit B7 und B8; B mit B7 und B9; B mit B7 und B10; B mit B7 und B11; B mit B8 und B9; B mit B8 und B10; B mit B8 und B11; B mit B9 und B10; B mit B9 und B11; B mit B10 und B11; B mit B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10 und B11; B mit B1, B2, B7 und B9; B mit B1, B3, B6 und B8; B mit B4, B7 und B9; B mit B1, B10 und B11.As a non-limiting example, exemplary combinations that are applicable to B include: B with B1 and B2; B with B1 and B3; B with B1 and B4; B with B1 and B5; B with B1 and B6; B with B1 and B7; B with B1 and B8; B with B1 and B9; B with B1 and B10; B with B1 and B11; B with B2 and B3; B with B2 and B4; B with B2 and B5; B with B2 and B6; B with B2 and B7; B with B2 and B8; B with B2 and B9; B with B2 and B10; B with B2 and B11; B with B3 and B4; B with B3 and B5; B with B3 and B6; B with B3 and B7; B with B3 and B8; B with B3 and B9; B with B3 and B10; B with B3 and B11; B with B4 and B5; B with B4 and B6; B with B4 and B7; B with B4 and B8; B with B4 and B9; B with B5 and B6; B with B5 and B7; B with B5 and B8; B with B5 and B9; B with B5 and B10; B with B5 and B11; B with B6 and B7; B with B6 and B8; B with B6 and B9; B with B6 and B10; B with B6 and B11; B with B7 and B8; B with B7 and B9; B with B7 and B10; B with B7 and B11; B with B8 and B9; B with B8 and B10; B with B8 and B11; B with B9 and B10; B with B9 and B11; B with B10 and B11; B with B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10 and B11; B with B1, B2, B7 and B9; B with B1, B3, B6 and B8; B with B4, B7 and B9; B with B1, B10 and B11.
Ausführungsform C: Ein System, umfassend: eine Probe, die in einem optischen Strahlengang angeordnet ist; und eine optische Rechenvorrichtung, die in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, um mit der Probe optisch zu interagieren, wobei die optische Rechenvorrichtung Folgendes umfasst: eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in den optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach der Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Embodiment C: A system comprising: a sample disposed in an optical path; and an optical computing device disposed in the optical beam path to optically interact with the sample, the optical computing device comprising: an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into the optical beam path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after the sample, which is located in the optical path to generate in the optical path modified electromagnetic radiation; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.
Ausführungsform C kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen:
Element C1: Wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Embodiment C may have one or more of the following additional elements in any combination:
Element C1: Where the ICE is located after the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path, and then the optically interacting radiation optically interacts with the ICE to form the optical Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.
Element C2: Wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Element C2: Where the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and then the optically interacting radiation optically interacts with the sample to be detected in the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.
Element C3: Wobei sich die Probe in einem Flusspfad befindet.Element C3: where the sample is in a flow path.
Element C4: Wobei sich die Probe in einem Flusspfad befindet, der in einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation lokalisiert wird. Element C4: Where the sample is located in a flow path that is located in a borehole in a subterranean formation.
Element C5: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Element C5: BASF being an independent filter.
Element C6: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, der in dem optischen Strahlengang an einer Stelle angeordnet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element C6: wherein the BASF is a self-contained filter disposed in the optical path at a location selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector and any combination thereof.
Element C7: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element C7: wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof.
Element C8: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren.Element C8: wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s).
Element C9: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren, und wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.Element C9: wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s), and wherein BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof.
Element C10: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt.Element C10: where BASF is composed of photonic crystal layers.
Element C11: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.Element C11: wherein BASF is composed of photonic crystal layers selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V semiconductor compound, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any of them Combination of it.
Element C12: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon.Element C12: wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light-emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an X-ray source, a gamma-ray source, and any combination thereof.
Element C13: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.Element C13: Wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-ray, gamma radiation, and any combination thereof.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel schließen beispielhafte Kombinationen, die für C anwendbar sind, Folgendes ein: C mit C1 und C2; C mit C1 und C3; C mit C1 und C4; C mit C1 und C5; C mit C1 und C6; C mit C1 und C7; C mit C1 und C8; C mit C1 und C9; C mit C1 und C10; C mit C1 und C11; C mit C1 und C12; C mit C1 und C13; C mit C2 und C3; C mit C2 und C4; C mit C2 und C5; C mit C2 und C6; C mit C2 und C7; C mit C2 und C8; C mit C2 und C9; C mit C2 und C10; C mit C2 und C11; C mit C2 und C12; C mit C2 und C13; C mit C3 und C4; C mit C3 und C5; C mit C3 und C6; C mit C3 und C7; C mit C3 und C8; C mit C3 und C9; C mit C3 und C10; C mit C3 und C11; C mit C3 und C12; C mit C3 und C13; C mit C4 und C5; C mit C4 und C6; C mit C4 und C7; C mit C4 und C8; C mit C4 und C9; C mit C4 und C10; C mit C4 und C11; C mit C4 und C12; C mit C4 und C13; C mit C5 und C6; C mit C5 und C7; C mit C5 und C8; C mit C5 und C9; C mit C5 und C10; C mit C5 und C11; C mit C5 und C12; C mit C5 und C13; C mit C6 und C7; C mit C6 und C8; C mit C6 und C9; C mit C6 und C10; C mit C6 und C11; C mit C6 und C12; C mit C6 und C13; C mit C7 und C8; C mit C7 und C9; C mit C7 und C10; C mit C7 und C11; C mit C7 und C12; C mit C7 und C13; C mit C8 und C9; C mit C8 und C10; C mit C8 und C11; C mit C8 und C12; C mit C8 und C13; C mit C9 und C10; C mit C9 und C11; C mit C9 und C12; C mit C9 und C13; C mit C10 und C11; C mit C10 und C12; C mit C10 und C13; C mit C11 und C12; C mit C11 und C13; C mit C12 und C13; C mit C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 und C13; C mit C1, C3, C7 und C8; C mit C1, C4, C6 und C9; C mit C5, C7, und C8; C mit C1, C4 und C10; C mit C7, C8 und C11; C mit C1, C5, C12 und C13.As a non-limiting example, exemplary combinations that are applicable to C include: C with C1 and C2; C with C1 and C3; C with C1 and C4; C with C1 and C5; C with C1 and C6; C with C1 and C7; C with C1 and C8; C with C1 and C9; C with C1 and C10; C with C1 and C11; C with C1 and C12; C with C1 and C13; C with C2 and C3; C with C2 and C4; C with C2 and C5; C with C2 and C6; C with C2 and C7; C with C2 and C8; C with C2 and C9; C with C2 and C10; C with C2 and C11; C with C2 and C12; C with C2 and C13; C with C3 and C4; C with C3 and C5; C with C3 and C6; C with C3 and C7; C with C3 and C8; C with C3 and C9; C with C3 and C10; C with C3 and C11; C with C3 and C12; C with C3 and C13; C with C4 and C5; C with C4 and C6; C with C4 and C7; C with C4 and C8; C with C4 and C9; C with C4 and C10; C with C4 and C11; C with C4 and C12; C with C4 and C13; C with C5 and C6; C with C5 and C7; C with C5 and C8; C with C5 and C9; C with C5 and C10; C with C5 and C11; C with C5 and C12; C with C5 and C13; C with C6 and C7; C with C6 and C8; C with C6 and C9; C with C6 and C10; C with C6 and C11; C with C6 and C12; C with C6 and C13; C with C7 and C8; C with C7 and C9; C with C7 and C10; C with C7 and C11; C with C7 and C12; C with C7 and C13; C with C8 and C9; C with C8 and C10; C with C8 and C11; C with C8 and C12; C with C8 and C13; C with C9 and C10; C with C9 and C11; C with C9 and C12; C with C9 and C13; C with C10 and C11; C with C10 and C12; C with C10 and C13; C with C11 and C12; C with C11 and C13; C with C12 and C13; C is C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 and C13; C with C1, C3, C7 and C8; C with C1, C4, C6 and C9; C with C5, C7, and C8; C with C1, C4 and C10; C with C7, C8 and C11; C with C1, C5, C12 and C13.
Folglich sind die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele gut geeignet, um die erwähnten Ziele und Vorteile sowie diejenigen, die damit zusammenhängen, zu erreichen. Die oben offenbarten bestimmten Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend, da die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele modifiziert und auf verschiedene, jedoch äquivalente Arten umgesetzt werden können, welche für den Fachmann, für den die in dieser Patentschrift enthaltenen Lehren von Vorteil sind, ersichtlich sind. Ferner sind keine Einschränkungen bezüglich der hierin gezeigten Details zu Aufbau oder Gestaltung beabsichtigt, sofern nicht in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Demnach versteht sich, dass die bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, welche vorangehend offenbart wurden, abgeändert, kombiniert oder modifiziert werden können, und alle derartigen Abwandlungen in dem Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt werden. Die hierin veranschaulichend offenbarten Ausführungsformen können in Abwesenheit eines beliebigen Elements, das hierin nicht spezifisch offenbart wird, und/oder eines beliebigen hierin offenbarten optionalen Elements auf geeignete Weise ausgeführt werden. Während Zusammensetzungen und Verfahren als verschiedene Komponenten oder Schritte „umfassend“, „enthaltend“ oder „einschließend“ beschrieben werden, können die Zusammensetzungen und Verfahren auch „im Wesentlichen bestehen aus“ den verschiedenen Komponenten und Schritten oder daraus „bestehen“. Alle vorangehend offenbarten Zahlen und Bereiche können in gewissem Maße variieren. In jedem Fall, in dem ein numerischer Bereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze offenbart wird, sind alle Zahlen und alle eingeschlossenen Bereiche, die in den Bereich fallen, spezifisch offenbart. Insbesondere ist jeder hierin offenbarte Wertebereich (in der Form „von etwa a bis etwa b“ oder ebenso „von ungefähr a bis b“ oder ebenso „von ungefähr a–b“) so zu verstehen, dass er alle Zahlen und Bereiche, die in dem breiteren Wertebereich eingeschlossen sind, darlegt. Zudem haben die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe ihre gewöhnliche, herkömmliche Bedeutung, sofern sie durch den Patentinhaber nicht ausdrücklich und eindeutig anders definiert sind. Des Weiteren sind die wie in den Patentansprüchen verwendeten unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ hierin derart definiert, dass sie ein oder mehr als eines des Elements bezeichnen, das sie einleiten.Thus, the embodiments described herein are well suited to achieving the stated objects and advantages, as well as those associated therewith. The particular embodiments disclosed above are merely illustrative, as the embodiments described herein may be modified and implemented in various, but equivalent, manners which will be apparent to those skilled in the art to which the teachings contained in this specification benefit. Furthermore, no limitations on the details of construction or design shown herein are intended, except as described in the following claims. Accordingly, it should be understood that the particular illustrative embodiments disclosed above may be modified, combined, or modified, and all such modifications are considered within the scope and spirit of the present disclosure. The embodiments illustratively disclosed herein may be conveniently carried out in the absence of any element not specifically disclosed herein and / or any optional element disclosed herein. While compositions and methods are described as comprising "comprising," "containing," or "including" various components or steps, the compositions and methods may also "consist essentially of" the various components and steps, or "consist" thereof. All numbers and ranges disclosed above may vary to some extent. In any case where a numerical range having a lower bound and an upper bound is disclosed, all numbers and all trapped regions falling within the range are specifically disclosed. In particular, each range of values disclosed herein (in the form "from about a to about b" or also "from about a to b" or also "about a-b") should be understood to include all numbers and ranges as set forth in U.S. Pat the broader range of values. In addition, the terms used in the claims have their usual, conventional meaning unless expressly and otherwise clearly defined by the assignee. Further, the indefinite article "a" or "an" as used in the claims are defined herein to mean one or more than one of the element they introduce.
Wie hierin verwendet, wird durch die Wendung „mindestens eine(s) von“, die einer Reihe von Elementen mit den Begriffen „und“ oder „oder“, um beliebige der Elemente zu trennen, vorausgeht, die Liste als Ganzes und nicht jedes Glied der Liste (d. h. jedes Element) modifiziert. Die Wendung „mindestens eine(s) von“ macht keine Auswahl von mindestens einem Element erforderlich; vielmehr ermöglicht die Wendung eine Bedeutung, die mindestens eines von einem beliebigen der Elemente und/oder mindestens eine von einer beliebigen Kombination der Elemente und/oder mindestens eines von jedem der Elemente einschließt. Beispielsweise beziehen sich die Wendungen „mindestens eines von A, B und C“ oder „mindestens eines von A, B oder C“ jeweils auf lediglich A, lediglich B oder lediglich C; eine beliebige Kombination von A, B und C; und/oder mindestens eines von jedem von A, B und C.As used herein, by the phrase "at least one of" preceded by a series of elements having the terms "and" or "or" to separate any of the elements, the list as a whole and not every link the list (ie each element). The phrase "at least one of" does not require selection of at least one item; rather, the phrase allows a meaning including at least one of any of the elements and / or at least one of any combination of the elements and / or at least one of each of the elements. For example, the phrases "at least one of A, B, and C" or "at least one of A, B, or C" refer to only A, B only, or C only; any combination of A, B and C; and / or at least one of each of A, B, and C.
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